Las torres de roca roja de Utah tiemblan y se menean al ritmo de lo que es previsible

Se sabe que las llamativas torres de roca roja y las formaciones de arco salpicadas por el sur de Utah y la meseta del Colorado tiemblan y se balancean en respuesta a los terremotos, los vientos fuertes, las tensiones térmicas y otras fuentes de vibración, como las de los helicópteros, los trenes, los vehículos que pasan y las explosiones. Evaluar la estabilidad de estas estructuras y detectar cualquier daño provocado por las vibraciones puede ser todo un reto. Por eso los geólogos llevan varios años midiendo las frecuencias naturales de estas torres.

Dirigido por el geólogo de la Universidad de Utah Jeff Moore, el grupo de geólogos mantiene una página web entera dedicada a sus grabaciones sísmicas de las resonancias naturales (vibraciones) que salen de las torres y arcos de roca roja de Utah. Los geólogos han utilizado ahora ese conjunto de datos para desarrollar una teoría que puede predecir las frecuencias a las que vibran y se deforman estas formaciones, descritas en un artículo reciente publicado en la revista Seismological Research Letters.

Superar los obstáculos

Como ya se ha dicho en otras publicaciones anteriores, comprender esa dinámica es crucial para poder predecir cómo responderán las estructuras en caso de terremoto o una perturbación similar. Sin embargo, a lo largo de los años no se han realizado muchos esfuerzos para lograrlo, a pesar de la gran cantidad de investigaciones sobre las estructuras civiles construidas por el hombre. Uno de los principales retos ha sido conseguir el acceso necesario para realizar esas mediciones vibratorias en primer lugar. O bien las formaciones están restringidas (para preservarlas para la posteridad), o simplemente es demasiado difícil colocar sensores en lugares de difícil acceso en las formaciones.

Por ello, Moore y sus colaboradores han recurrido a un equipo de experimentados escaladores de roca, entre los que se encuentra la experta escaladora Kathryn Vollinger, para subir a las estructuras, colocar los sismómetros en la cima y luego esperar tranquilamente durante varias horas mientras esos instrumentos recogían datos. El coautor Riley Finnegan, estudiante de posgrado de la Universidad de Utah, y varios otros miembros del equipo visitaron tres de los sitios que Vollinger había escalado y utilizaron drones para mapear las estructuras para obtener modelos 3D. “Personalmente, apenas podía llegar a la base de una de las torres, y mucho menos empezar a pensar en llevar nuestro equipo a la base y luego subir con todo a cuestas”, dijo.

Ya en 2019, Moore, Finnegan y el resto de su equipo realizaron las primeras mediciones sísmicas detalladas de una formación de arenisca con forma de pilar en Utah conocida como Torre de Castleton. Descubrieron que la estructura vibra a dos frecuencias de resonancia clave: 0,8 y 1,0 Hz, respectivamente. Esto hace que la formación sea vulnerable a terremotos de gran magnitud, que afortunadamente son bastante raros en la región. Es poco probable que los terremotos más pequeños -o las vibraciones menores del tráfico, la maquinaria de construcción u otros factores ambientales- desencadenen las resonancias naturales de la torre.

En esta ocasión, el equipo trabajó con un conjunto de datos mucho más amplio, incorporando torres de roca con alturas y geometrías diferentes. Los investigadores midieron las vibraciones ambientales de 14 torres de roca (definidas como delgadas en ambas dimensiones horizontales) y aletas (definidas como simétricamente largas en una dirección) en Utah, situadas en las tierras tradicionales de las tribus Shoshone del Este, Hopi, Navajo, Paiute del Sur, Ute y Zuni. (Un estudiante del instituto Whitehorse de Montezuma Creek, cerca del Valle de los Dioses, Weston Manygoat, les ayudó en su trabajo de campo).

Con la ayuda de sus intrépidos escaladores de roca, los geólogos pudieron colocar sismómetros directamente en la cima de todos estos sitios, excepto dos: Red Narrows y Secret Spire. También pudieron obtener otros datos sobre las frecuencias naturales y las geometrías de las torres de roca, los pilares y los pináculos a partir de estudios e informes anteriores, incluyendo formaciones en Arizona, el desierto de Negev de Israel y el macizo de Vercors en Francia, así como formaciones en Utah. A continuación, los investigadores recopilaron todos los datos recogidos durante varios años en un gran conjunto de datos para su análisis.

Resultados alentadores

Los resultados: las frecuencias fundamentales de las torres de roca se sitúan entre 1 Hz y 15 Hz. Las torres más grandes tienen frecuencias fundamentales más bajas, oscilando de un lado a otro al vibrar en la mayoría de los casos. Sin embargo, algunas torres con frecuencias fundamentales más altas se retuercen alrededor del eje central.

Los investigadores habían teorizado que la frecuencia fundamental a la que vibra una viga sería proporcional a su anchura dividida por su altura al cuadrado. Esto resultó ser en gran medida el caso. Por consiguiente, debería ser posible estimar con precisión la frecuencia fundamental de una determinada formación basándose únicamente en las mediciones de su geometría, además de sus propiedades materiales. (La mayoría de las estructuras del estudio eran principalmente de piedra arenisca.) Las predicciones de frecuencia de su modelo diferían de los datos en sólo un 4 por ciento, mientras que el ángulo previsto del movimiento de las torres difería en unos 14 grados.

“Tal vez estoy demasiado emocionado y sorprendido por esto, pero he hecho suficientes modelos de arcos de roca en algunos de nuestros otros trabajos que frustrantemente no produjeron fuertes coincidencias con los datos, por lo que fue refrescante para mí ser capaz de predecir los modelos de las torres dada la geometría” dijo Finnegan. Añadió:

Esta capacidad de hacer predicciones sobre la frecuencia fundamental de una torre utilizando sólo la anchura, la altura y las propiedades del material de la torre es poderosa porque significa que alguien no tiene que subir necesariamente a una torre de 300 pies (100 m) con un sismómetro para obtener esta información. Y conocer esta información es importante para cualquier evaluación relacionada con la estabilidad sísmica de una torre o los posibles daños por vibraciones.

Seismological Research Letters, 2022. 10.1785/0220210325.

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